Файл: Водопотребление и водоотведение.docx

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Государственное Образовательное Учреждение

Высшего Образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

О.М. Пирогова, Е.С. Зинькович, Д.А. Терехова

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к решению задач по курсу «Экология» на тему: «Водопотребление и водоотведение»

(для студентов всех специальностей)


Москва 2019

ВВЕДЕНИЕ

На предприятиях пищевой промышленности воду используют для
мойки оборудования, тары, мытья полов производственных и служебных
помещений, для работы технологических и паросиловых установок, а также для хозяйственно-бытовых нужд. Часть воды входит в состав производимой продукции.

Водоснабжение предприятий осуществляется из городского водопровода или артезианских скважин. Вода, направляемая на технологические нужды, должна соответствовать воде питьевого качества. Для охлаждения компрессоров холодильных, установок и воздуходувок, а также для поливки территории предприятия можно использовать техническую воду.

Система водоснабжения пищевых предприятий включает прямоточное, оборотное и повторное использование воды.

Расход сточных вод, сбрасываемых предприятием, составляет 80-85% от расхода потребляемой свежей воды. Расход технической воды из системы оборотного водоснабжения может достигать 80% от общего объема водопотребления.

Производственные загрязненные сточные воды образуются в основном в процессе мойки оборудования, тары, при уборке производственных помещений. Они относятся к категории высококонцентрированных по органическим загрязнениям.

Обычно предприятия располагаются на территории населенных пунктов и сточные воды направляются в городские канализационные системы. Однако в ряде случаев сточные воды подвергаются локальной (предварительной) очистке на - территории предприятия. Как правило, локальная очистка сводится к снижению концентрации взвешенных веществ и жиров. Этим достигается защита канализационных сетей от засорений и возможность извлечения из сточных вод содержащихся в них ценных веществ, а также загрязнений, затрудняющих последующую биологическую очистку общего стока предприятия или населенного пункта. Если

---

предприятие находится вне населенного пункта, то требуется сооружение специальной станции биологической очистки сточных вод.

Методические указания предназначены для оказания помощи студентам при изучении методов расчета систем оборотного водоснабжения и устройств для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности в курсе "Экология".

1.ОБОРОТНЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

1.1. ТИПЫ СИСТЕМ

Открытая сеть (однократное прохождение).


Забор холодной воды производят из реки, из артезианского колодца или из распределительной сети. Она проходит через источник тепла (теплообменник, нуждающийся в охлаждении агрегат и т, п.), а затем сбрасывается в реку

или канализацию (рис.1).


Закрытая сеть.

Вода циркулирует в замкнутой сети (рис.2), например, в контур встраивают, источник охлаждения, второй теплообменник "вода - вода" или "вода - воздух".

Наиболее типичный пример закрытой системы тепловые двигатели с водяным охлаждением. Потери воды (утечки и т. п.) должны, быть минимальными, контакт с воздухом исключен.

П
олуоткрытая сеть с рециркуляцией воды, использующая атмосферный охладитель(градирню).

В такой сети (рис.3) происходит рециркуляция воды, но охлаждение обеспечивается за счет испарения и конвекции при контакте с воздухом в охлаждающей колонне с естественной или принудительной тягой.

Эта система оборотного водоснабжения получает все большее распространение.




1.2. РАСЧЕТ ПОЛУОТКРЫТОЙ СЕТИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ ГРАДИРНЮ.

Любая сеть характеризуется следующими параметрами.

Объем сети V(м³) – общее количество воды в сети(резервуары, трубопроводы и т. п.).

Циркулирующий объем Q (м³/ч).

Перепад температур ∆t = t₁ – t₂ – разность между температурой воды на входе и на выходе градирни.

Тепловая мощность градирни W (ккал/ч), которая выражается произведением:

W = 1000 • Q • ∆t. (1)

Объем испаряющейся воды Е (м³/ч) – количество испаряющейся воды, поступившей в градирню, затраченной на охлаждение воды в сети. Она состоит из чистой воды, не содержащей никаких растворенных солей и определяется по формуле:

---

Е = Q • ∆t /560, (2)

где величина в знаменателе соответствует скрытой теплоте парообразования воды (560ккал/кг).

Объем унесенных водяных капель E_V (м³/ч) – количество воды, выносимое в атмосферу в виде мельчайших капелек с уходящим из градирни воздухом.

В отличие от испаренной воды, эта вода имеет тот же химический состав, что и вода в сети, и поэтому учитывается при расчете сливов. Е_V меняется в зависимости от конструкции градирни и определяется по формуле:

E_V = Q /1000. (3)

Конструкторы стремятся максимально сократить потери воды, связанные с уносом водяных капель. Значения Е_V могут достигать 0,001 от Q.

Объем сливов Р (м³/ч).

Испарение вызывает увеличение концентрации растворенных в циркулирующей воде солей. Во избежание чрезмерно высокой концентрации солей, которая может привести к различным отложениям, необходимо отвести из сети и сбросить часть воды в канализацию.

Суммарные потери G (м³/ч), связанные с уносом водяных капель E_V, сливом Р и всевозможными потерями воды в сети (неконтролируемые утечки), сопровождающимися снижением количества солей:

G =E_V + P. (4)

Объем подпитки А (м³/ч). Он компенсирует все потери водной фазы в сети (т.е. потери воды, происходящие при испарении и уменьшении концентрации солей в результате уноса водяных капель, сливов и утечек):

А = Е + G. (5)

Коэффициент концентрации С-соотношение содержания солей, растворенных в циркулирующей воде и воде подпитки С=S_q/S_a , где S_q-засоленность циркулирующей воды; S_A-засоленность воды подпитки, г/м³ .

Величина коэффициента С определяется на основе баланса содержания солей. Если засоленность подпитывающей воды S_A(г/м³), а соленость циркулирующей воды С•S_A, тогда количество попадающих в систему растворенных солей - S_A•A, а количество выводимых из системы растворенных солей - C•S_A•G.

Количество входящих и выходящих растворенных солей должно быть одинаковым :S_A•A=C•S_A•G, откуда C=A/G, а поскольку A=E+G , то

. (6)

Пример 1 .Рассчитать объем подпитки системы оборотного водоснабжения предприятия.

Исходные данные:

расчетный расход воды Q=300 м³

---

/сут=12,5 м³/ час;

снижение температуры в градирне ∆t = 10⁰C;

коэффициент концентрации С=3.

Решение:

1.Находим требуемую тепловую мощность градирни по формуле(1):



2.Находим количество воды, испаряющейся в градирне по формуле (2):



3. Находим количество воды, унесенной воздушным потоком из градирни в атмосферу по формуле (3).



4. находим суммарные потери воды по формуле (6):



5. Находим объем сливов, пользуясь формулой (4):



6. Находим объем подпитки оборотной системы по формуле (5):



Таким образом, объем подпитки составляет 2,6% от объема воды, циркулирующей в оборотной системе.

2. ЛОКАЛЬНАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

При очистке жирсодержащих сточных вод система локальной очистки предусматривает устройство канализационных решеток и горизонтальных песколовок перед жироулавливающими сооружениями. Решетки улавливают попадающие в канализацию крупные примеси. После решеток сточная вода направляется в песколовки, в которых задерживается песок и другие минеральные примеси, а также часть тяжелых взвешенных веществ. Затем сточная вода направляется на сооружения, предназначенные для улавливания жира (жироловки).

Взвешенные вещества и жиры выделяются из сточных вод методом простого отстаивания. В основу расчета песколовок и жироловок положен принцип гравитационной сепарации, который заключается в разности плотностей воды и частиц примесей (песка или нерастворимого жира). В ламинарном режиме, течения, который характерен для промышленных сепараторов и соответствует числу Рейнольдса менее 800, скорость погружения или всплытия частицы сферической формы в воде определяется законом Стокса, согласно которому скорость подъема капли жира (погружения частицы) можно рассчитать по формуле:

(7)

где ρ – плотность воды,

ρ' – плотность частица (песка или жира),

---

g – ускорение свободного падения,

η – динамическая вязкость воды,

d – диаметр частица, м.

Если скорость получается положительной, то происходит всплытие частицы, и наоборот, если скорость отрицательна, то частица погружается.

В расчетах можно пренебречь влиянием температуры на плотность и вязкость воды и принять плотность воды и вязкость .

2.1. РАСЧЕТ ПЕСКОЛОВКИ

При проектировании песколовок согласно строительным нормам количество осадка принимается равным 0,015-0.02% от расхода сточных вод, т.е. 0,15-0,2 л/м³.

При расчете песколовок следует определять их длину L_П, м, по формуле

(8)

где К_П – коэффициент, принимаемый по таблице 1;

Н_П – расчетная глубина песколовки, м, принимаемая для аэрируемых песколовок равной половине общей глубины:

W_П – скорость движения сточных вод, , принимаемая по таблице 2;

v – скорость погружения частиц песка (гидравлическая крупность песка), , вычисленная по формуле (7).

Таблица 1.

Значения коэффициента К_П для песколовок различного типа

Диаметр задерживаемых частиц песка, мм	Значение КП в зависимости от типа песколовок и отношения ширины В к глубине Н аэрируемых песколовок
	горизонтальные	аэрируемые
		В:Н = 1	В:Н = 1,25	В:Н = 1,5
0,15	-	2,62	2,50	2,39
0,20	1,7	2,43	2,25	2,08
0,25	1,3	-	-	-

---